ATM Forumin Multiprotocol Over ATM

Harri Sunila
44086H



1. Multiprotocol Over ATM - Miksi?

ATM-tekniikka tarjoaa mahdollisuuden rakentaa hyvin nopeita verkkoja. Se mahdollistaa hyvinkin erikokoisten verkkojen tekemisen, jolloin yhtä hyvin lähiverkko kuin suuret runkoverkot voivat hyödyntää ATM:n nopeutta ja palvelunlaatua. Samoin ATM mahdollistaa virtuaalisten lähiverkkojen muodostamisen, jolloin lähiverkon osat voivat olla maantieteellisesti hyvinkin kaukana toisistaan. Kuitenkin ATM:n hyödyntämistä haittaa nykyisten verkkojen heterogenisuus, sillä eri protokollia käyttävien verkkojen yhdistäminen ATM:n avulla on ongelmallista. ATM Forumin Multiprotocol Over ATM (MPOA) on eräs ratkaisu, joka mahdollistaa ATM:n erinomaisten ominaisuuksien käytön siten, että nykyisiä lähiverkkoja ja TCP/IP:tä voidaan jatkossakin käyttää [1]. MPOA mahdollistaa tehokkaan tavan reitittää IP:tä ja muita protokollia ATM-verkossa. Lisäksi verkonhallinta mahdollistaa virtuaalisten aliverkkojen määrittelemisen, vaikka työasemia ei olisikaan suoraan liitetty ATM-verkkoon. Tämä on hyvin lähellä niin ikään ATM Forumin määrittelemää LAN emulation (LANE) -suositusta, itse asiassa LANE on osa MPOA suositusta [2].

2. MPOA:n ajatus ja arkkitehtuuri

LAN emulation mahdollistaa virtuaalisten lähiverkkojen määrittelemisen. Kuitenkin näitä lähiverkkoja yhditettäessä joudutaan käyttämään tavanomaisia reitittimiä, jotka saattavat aiheuttaa verkon suorituskyvyn heikkenemistä ja muodostaa pullonkauloja. Laitevalmistajien ratkaisu ongelmaan olisi entistä tehokkaampien reitittimien kehittäminen, ja reititinverkkojen suorituskyvyn nostaminen laitteita uusimalla. ATM Forum kuitenkin lähestyy ongelmaa toisesta näkökulmasta ja uskoo, että nykyisen laitekannan suorituskykyä voi nostaa muuttamalla ohjelmistoja ja käyttämällä reititykseen sekä siirto- että verkkokerrosta, jolloin jokaista yksittäistä pakettia ei tarvitsisi reitittää, vaan reititys suoritettaisiin kerran ja tämän jälkeen lähettäjän ja vastaanottajan välille kytkettäisiin virtuaaliyhteys [3].

Multiprotocol Over ATM määrittelee kolme keskeistä komponenttia. Ääreiskytkimet (Edge switches) tai monikerroskytkimet (Multilayer switches) ovat laitteita, jotka käyttävät joko verkkokerroksen tai MAC-kerroksen osoitteita pakettien siirtämiseen perinteiten lähiverkkojen ja ATM-verkon välillä. ATM-verkkoon kytketyt työasemat toteuttavat MPOA protokollan, jolloin ne voivat keskustella keskenään tai ääreiskytkimien välityksellä perinteisten lähiverkkotyöasemien kanssa. Kuitenkin MPOA:n kannalta olennainen merkitys on niin sanotuilla reittipalvelimilla (route servers), jotka eivät niinkään ole fyysisiä laitteita, vaan älykästä ohjelmistoa [4]. Reittipalvelimet toteuttavat verkkokerroksen aliverkkojen kuvaamisen ATM:lle, jolloin se ylläpitää tietoa verkkokerroksen osoitteista, kuten IP-osoitteet, MAC-osoitteista ja ATM-osoitteista. MPOA:n kantava ajatus on, että ATM-verkkoon liitetyt työasemat ja ääreiskytkimetmet kyselevät reittipalvelimilta reititysinformaatiota, jonka avulla mitkä tahansa työasemat tai ääreiskytkimet voidaan yhdistää oikealla virtuaaliyhteydellä, eikä liikennettä tarvitsisi enää saman yhteyden aikana reitittää uudelleen. Reittipalvelimet käyttävät tavanomaisia reititysprotokollia, kuten IETF:n määrittelemiä RIP ja OSPF, hankkiakseen reitti-informaatiota tavallisilta reitittimiltä, jolloin nykyiset reititinverkot ja MPOA:ta käyttävät verkot voisivat toimia yhdessä.

MPOA-verkkoa voisikin kuvailla eräänlaiseksi virtuaalireitittimeksi. Se koostuu joukosta MPOA-laitteita, jotka ATM-verkolla yhteenliitettyinä toimivat reitittimenä. Ääreiskytkimet ovat reitittimen liitäntöjä aliverkkoihin, ATM-verkko toimii kytkentäkenttänä ja reittipalvelin ovat prosessori, joka tekee reitityspäätökset. Liikenne ei kulje reittipalvelimen kautta, vaan suoraan ääreiskytkinten ja työasemien välillä. MPOA-verkon tehokkuutta voidaan kasvattaa liittämällä siihen lisää kytkimiä, ja toisaalta reittipalvelimen ohjelmistoa lisäämällä se saadaan reitittämään useampia protokollia [1]. Internetin kannalta MPOA ja virtuaalilähiverkkotekniikat yleensäkin merkitsevät melkoista kehitysaskelta. MPOA:n avulla verkonhallinnalla on mahdollista kumota aiemmin Internetiä ja IP-kerroksen verkko-osoitteita vaivannut ikävä piirre, eli IP-osoitteen ja verkkoliitynnän välinen yhteys, joka sitoo IP-osoitteen ja verkkoliitännän toisiinsa. Virtuaaliverkkohan mahdollistaa fyysisesti etäällä sijaitsevien työasemien vapaan yhdistämisen loogisiin lähiverkkoihin, jolloin nämä loogiset lähiverkot saadaan toimimaan myös IP-verkon aliverkkoina. Tällainen ei ole mahdollista perinteisissä reititinverkoissa.

Avainasia MPOA-työryhmän lähestymismallissa on ollut yhteensopivuus olemassaolevien reititinverkkojen arkkitehtuurien kanssa. Koko virtuaalireititin on suunniteltu toimimaan nykyisten reitittimien kanssa, sillä toimiihan se olemassaolevien reititysprotokollien avulla. Kuitenkaan ei ole sanottua, että nykyiset reitittimet katoavat. Niitä voidaan käyttää tietyissä tehtävissä, kuten ATM-verkkojen ja muiden runkoverkkojen yhdistämiseen. Samoin nykyiset reitittimet sopivat mainiosti palomuureiksi [1].

3. MPOA nykyään ja tulevaisuudessa

ATM Forum sai heinäkuussa 1997 valmiiksi MPOA:n version 1.0. Tällä hetkellä nykyinen versio tukee vain IP-ympäristöä, mikä varmasti onkin MPOA:n tärkein tavoite, sillä IP-pohjainen Internet on varmasti tulevaisuudessakin vallitseva maailmanlaajuinen tietoverkko. Kuitenkin esim. IPX:ää ja AppleTalk:ia käytetään yhä useissa verkoissa, ja jatkossa ehkä näillekin löytyy MPOA-tuki. Nykyisestä versiosta puuttuu palvelulaadun siirtäminen ATM- ja kehyspohjaisten verkkojen välillä liikennöitäessä. Tulevissa versioissa tätä tultaneen tukemaan. IETF työskentelee kehittääkseen Multicast Address Resolution Server (MARS) -protokollaa, joka jatkossa sisällytetään myös MPOA:aan. MARS mahdollistaa multicast toiminnon eri aliverkoissa olevien työasemien välillä. MARS:ia tarvittaneen, mikäli laajakaistaisia multimediapalveluja, kuvaa ja ääntä halutaan välittää Internetissä riippumattomasti palvelinten ja eri työasemien välillä. Samoin avoimissa tietoverkoissa nykyään olennaiset tietoturvapiirteet vaativat paneutumista, jotta verkon ylläpitäjien on mahdollista kontrolloida verkon liikennettä ja määritellä haluamiaan tietoturvapolitiikkoja [5].

4. MPOA ja muut lähestymistavat

MPOA ei suinkaan ole ainoa kehitetty lähestymistapa soveltaa ATM:ää reititinverkkojen korvaamiseen. Maailman suurin reititinvalmistaja Cisco on kehittänyt IP-liikenteen reititykseen oman Tag Switchinginä tunnetun teknologian, joka mahdollistaa nopeiden verkkoteknologioiden kuten ATM:n hyödyntämisen. Myös yhdysvaltalainen laitevalmistaja Ipsilon Networks on kehittänyt oman teknologian joka tunnetaan General Switch Management:ina (GSMP) ja Ipsilon Flow Management Protocol:ina (IFMP). Ipsilon soveltaa niinikään lähestymistavassaan reititystä ja kytkentää, ja maaliskuussa 1996 yhtiö julkaisi ensimmäisen kaupallisen tuotteen, Ipsilon IP Switch ATM 1600, joka reitittää TCP/IP-liikennettä ATM-verkossa [6].

Verrattaessa MPOA:ta Ipsilonin ja Ciscon teknologioihin, paljastuu olennainen ero lähestymistavassa. MPOA on ATM Forumin standardi, jolloin sitä kehittämässä ovat olleet useat tahot. MPOA:n takana on laaja organisaatio, joten toteutusten uskotaan olevan keskenään yhteensopivampia ja teknologian jossainmäärin viimeistellympää tai tarkemmin tutkittua, kuitenkin MPOA-teknologian kilpailijat uskovat sen toimivan paremmin kaukoverkoissa kuin lähiverkoissa . Ipsilon ja Cisco sitävastoin ovat teknologioidensa takana lähes yksin. Ipsilon yrittää luoda omasta IP Switchingistä de Facto -standardia, ja ilmeisesti muutkin laitevalmistajat uskovat Ipsilonin tekniikkaan. Digital, General DataComm ja NEC ovat toteuttaneet ATM-kytkimiinsä Ipsilonin GSMP:n, ja Ipsilon yrittää saada IETF:ää hyväksymään GSMP:n ja IFMP:n Internet-standardeiksi. Siinä mielessä Ipsilonilla on hyvä asema, että sekä IFMP että GSMP on julkaistu RFC:nä, ja on niinollen koko Internet-yhteisön saatavissa. IFMP on julkaistu RFC:issä 1953 ja 1954 ja GSMP on RFC:ssä 1987. Ciscon valttina on laaja markkina-asema reititinmarkkinoilla. Myös Cisco yrittää saada Tag Switchingistä Internet-standardia. Cisco uskoo, että teknologia, joka vähiten häiritsee käyttäjien nykytilannetta tullee menestymään parhaiten. Tässä suhteessa Tag Switching ja Cisco on vahvoilla.

Teknologiana MPOA vaikuttaa kattavammalta kuin Ipsilonin ja Ciscon esittelemät tekniikat. MPOA hyödyntää useita olemassaolevia protokollia, kuten LANE:a ja Classical IP over ATM:ää. MPOA:ssa ei ole periaattellisia rajoituksia käytettävien reititysprotokollien suhteen ja reittipalvelimien käyttämät menetelmät on vapaasti määriteltävissä [1,2]. Tag Switching ja IP Switching ovat sen sijaan puhtaasti IP-liikenteen välittämiseen. Toisaalta niiden 'rajoittuneisuus' saattaa tehdä käyttöönoton yksinkertaisemmaksi ja IP Switchingin osalta spesifikaatioiden saataavuus tekee tekniikan houkuttelevaksi, minkä todistanevat tekniikan muut tukijat Digital, NEC ja General DataComm. Tosin MPOA:kin on saanut tukea laitevalmistajien keskuudessa, sillä muutamat valmistajat kuten Newbridge Networks uskoivat MPOA:aan jo ennen standardin 1.0-version julkaisua [6].

Lähteet ja linkit

[1] Eric Andrews, 1996
<http://www.data.com/Tutorials/MPOA_Ties_It_All_Together.html>
Loistava johdatus MPOA:aan. Perusasiat selkeästi ja ymmärrettävästi. *****

[2] Data Communications
<http://www.data.com/Tutorials/Making_Sense_of_MPOA.html>
Lyhyt lista MPOA:n keskeisistä protokollista. ***

[3] Anixter Inc. 1997
<http://www.anixter.com/techlib/whiteppr/network/x3031r02.htm>
Selkeä esitys, luonnos MPOA:n vaatimuksista ja tavoitteista sekä toiminnasta. *****

[4] Newbridge Networks Corporation, 1996
<http://wwwrn.inf.tu-dresden.de/~breiter/docs/ip_over_atm/mpoa.html>
Kuvaus MPOA:sta kuten muutkin. Oikein selkeä. *****

[5] ATM Forum Technical Committee Update, 1997
< http://www.anixter.com/techlib/standard/network/x4181100.htm>
Lyhyt dokumentti MPOA:n nykytilanteesta. Hyvä kuva ATM Forumin tehtävistä MPOA:an liittyen. ***

[6] Paul Korzeniowski, 1996
<http://www.webweek.com/96Nov18/infrastructure/thriving.html>
Mielenkiintoinen artikkeli eri lähestymistavoista nopeiden verkkotekniikoiden soveltamiseen reititinverkoissa. ****

Muut mielenkiintoiset sivut

ATM Forum
<http://www.atmforum.com/>
'Paras' tietolähde ATM:n liittyistä standardeista. *****

Multi-Protocol Over ATM Version 1.0
<ftp://ftp.atmforum.com/pub/approved-specs/af-mpoa-0087.000.pdf>
Multiprotocol Over ATM:n specifikaatiot Adoben pdf-muodossa. Suuri dokumentti. Virallisin sana. ***

ATM MPOA vs. IP Switching
<http://www.data.com/tutorials/switch.html>
Ipsilonin Lang puffaa IP switchingiä, Newbridge Networksin Tinsley MPOA:ta... Mielenkiintoinen keskustelu tekniikoiden paremmuudesta. ****

Forget the forklift
<http://www.data.com/Lab_Tests/Forklift.html>
Data Communications testasi LANE:a ja MPOA:ta käytännössä. Suorituskykymittauksia. ****

Routing and ATM
<http://www.wcmh.com/lantimes/archive2/507b082a.html>
Aika ennen MPOA:ta... Historiallinen kirjoitus MPOA:n specifioniajoilta. ***

Architecture principles
<http://www.decisys.com/Documents/Articles/BCR/BCR.9.96.art>
Konsulttifirman esitys reititykseen ja kytkentään liittyen. Hyvää perustietoa. ****

An Anixter Technology White Paper
<http://www.anixter.com/techlib/whiteppr/network/1757750.htm>
Esitys LANE:sta ja MPOA:sta. Perusteellinen ja kattava. *****

Ipsilon Networks, Inc.
<http://www.ipsilon.com/>
Kilpailevan teknologian tyyssija. Vähän MPOA:sta, mutta sitäkin enemmän IP Switchingistä.

Cisco Systems, Inc. & Tag Switching
<http://www.cisco.com/warp/public/732/tag/tagsw_ov.htm>
Reititinvalmistajan vastaisku.